專利名稱：透明風塔系統(tǒng)技術的制作方法
技術領域：
本發(fā)明提供一種具有復合纖維加強聚合物(FRP)轉(zhuǎn)子葉片的風塔系統(tǒng)，F(xiàn)RP外覆在機艙和鋼質(zhì)支撐塔身上。更特別地，本發(fā)明提供一種對公知風塔系統(tǒng)的部件制造的改進， 這種改進利用了可替換的材料和制造方法并形成具有優(yōu)良的透明復合物以制造實用尺寸的風塔系統(tǒng)的轉(zhuǎn)子葉片，其在透明的同時還能夠保持其結(jié)構(gòu)完整性及特性需求，并且實現(xiàn)一套完整的透明風塔產(chǎn)品，該產(chǎn)品相對傳統(tǒng)風塔系統(tǒng)的產(chǎn)品更輕、價格更便宜、制作所需的時間短、步驟少且部件少。
背景技術：
2009年末，美國風力發(fā)電機的裝機客量起過35，000兆瓦(MW)，且來自10，000個渦輪機。這使美國在2009年處于世界領先的地位，并且風力發(fā)電僅占美國發(fā)電量的1. 2%。 在2010年，中國超越美國成為風力發(fā)電渦輪機的最大用戶。截止到2010年，風能是世界上增長最快的能源，從2006年底的73. 9GW開始，世界風能協(xié)會期望在世界范圍內(nèi)安裝160GW的風能容量。這表明預計的年凈增長率超過21%。 截止到2009年底，美國的風塔系統(tǒng)設備比2008年增長39%。最近，許多國家已建立目標或要求將風電發(fā)電量增長至該國家電力需求的20%或更多。當前美國僅生產(chǎn)了占其電量1.2%的風力發(fā)電量。因此，需要建設更多的風塔以滿足這些要求、目標并滿足可再生清潔風能的需求。由于現(xiàn)有技術或工業(yè)上使用的常見的現(xiàn)有構(gòu)造方法，視覺污染及影子搖曳污染將會劇增。風能總體上被認為是可再生的、高效的清潔能源。風能的主要問題在于用于將風能轉(zhuǎn)化為電能的風塔系統(tǒng)的龐大尺寸產(chǎn)生了顯著的視覺環(huán)境污染。隨著美國計劃在2009 年的水平上將風塔系統(tǒng)的容量增加1000%，可以預見到由視覺環(huán)境污染引起的關注、資金投入、延遲、法律認定及資產(chǎn)流失變得更多和更嚴厲。更詳細地，實用尺寸(utility sized) (1.5MW-5+MW)渦輪機的尺寸很大，接近 400+英尺高，并通常以很近的距離集中放置在風塔系統(tǒng)場中，例如，彼此的距離在1000英尺內(nèi)。因此，某些地方大量的數(shù)以百計的白色風塔系統(tǒng)主導了風景，由于顯著地遮蔽并永久地改變當?shù)氐娘L景而引起視覺環(huán)境污染。因此，并不令人驚訝的是，風能工業(yè)當前正經(jīng)歷迅速增長的且有組織化的對其實施的各種異議，包括各種宣稱風塔系統(tǒng)由于巨大尺寸而導致對景觀及綿延數(shù)公里的的風景破壞的權利訴求及訴訟。由于向人口聚集地靠近的風塔系統(tǒng)的增加，同樣關于視覺污染以及在下文中詳細說明的其它問題的抱怨也在增加。轉(zhuǎn)子葉片是風塔渦輪機系統(tǒng)最重要的可視部件。通常，轉(zhuǎn)子葉片的圓形掃掠區(qū)域
權利要求
1.一種風塔系統(tǒng)，包括多個風塔系統(tǒng)轉(zhuǎn)子葉片，其包括基本上完全透明的復合纖維加強聚合物(FRP)、樹脂及硬化劑聚合物；至少部分地由復合纖維加強聚合物或鋼質(zhì)材料制成的機艙；把所述多個風塔系統(tǒng)轉(zhuǎn)子葉片連接到所述機艙上的轂部；塔身，機艙連接于其上；其中，所述風塔系統(tǒng)轉(zhuǎn)子葉片包括用于在風塔系統(tǒng)活動運行期間使風的紊流最小化并因此使聲音最小化的裝置，并且所述風塔系統(tǒng)轉(zhuǎn)子葉片自由地透光，以使葉片的光反射及由此的視覺可見度最小化，并且所述機艙和所述塔身被涂覆以減少視覺影響。
2.根據(jù)權利要求1所述的風塔系統(tǒng)，其中所述塔身由鋼和纖維加強聚合物制成。
3.根據(jù)權利要求1所述的風塔系統(tǒng)，其中所述機艙內(nèi)裝有電子元器件、發(fā)電機、傳動裝置及用于發(fā)電的其他基礎設備。
4.根據(jù)權利要求1所述的風塔系統(tǒng)，其中所述纖維加強聚合物、樹脂及硬化劑包含基本不擋光的成分，以實現(xiàn)由其構(gòu)建的部件透明且基本無雜質(zhì)。
5.根據(jù)權利要求4所述的風塔系統(tǒng)，其中用在各復合部件中的纖維加強聚合物細絲、 聚合物樹脂及硬化劑制造成具有特定公差及精確匹配的RI (折射率)，以生產(chǎn)基本上無雜質(zhì)的、完全透明的復合結(jié)構(gòu)。
6.根據(jù)權利要求5所述的風塔系統(tǒng)，其中纖維加強聚合物樹脂、硬化劑及纖維細絲組合在一起形成纖維加強聚合物轉(zhuǎn)子葉片，所述纖維加強聚合物轉(zhuǎn)子葉片具有減輕的重量和一致的抗拉強度，且是無雜質(zhì)和光學透明的。
7.根據(jù)權利要求6所述的風塔系統(tǒng)，其中所述纖維加強聚合物纖維細絲被制造成具有被稱作“膠料”的化學添加劑的特定RI公差，所述特定RI公差被設計為與纖維細絲的RI相匹配。
8.根據(jù)權利要求7所述的風塔系統(tǒng)，其中所述膠料是偶聯(lián)劑，其使纖維對特定的樹脂的化學成分具有親和力，從而改進樹脂的濕潤特性并加強纖維與基材交界處的粘合性，從而在不影響透光的情況下改善葉片的疲勞壽命。
9.根據(jù)權利要求1所述的風塔系統(tǒng)，其中每個塔身段都部分地由纖維加強聚合物、鋼或其它材料構(gòu)成，以在組裝之后具有中空的中心部。
10.根據(jù)權利要求1所述的風塔系統(tǒng)，其中所述用于在風塔系統(tǒng)活動運行期間使風的紊流最小化并因此使聲音最小化的裝置位于各葉片的后緣上，其包括減少與紊流相關的噪音的消音透明毛邊。
11.根據(jù)權利要求10所述的風塔系統(tǒng)，其中所述毛邊將在所述后緣后方碰撞的兩股空氣流影響的區(qū)域分散成多個微紊流區(qū)域，并因此減輕與空氣紊流相關的噪音。
12.—種風塔系統(tǒng)轉(zhuǎn)子葉片的制造方法，包括在上、下葉片半部殼體模具中分別插入多層樹脂浸漬纖維，所述上、下葉片半部殼體模具構(gòu)造成使得當結(jié)合在一起時，兩個葉片形成具有消音毛邊的后緣；使用真空注入工藝將樹脂注入到所述模具中，以使轉(zhuǎn)子葉片充分透光；進行熱固化及加壓成型，以形成葉片的形狀；進一步進行真空處理，以清除樹脂浸漬纖維中的任何空氣，以最優(yōu)化潔凈度、強度和透明度；以及進行加熱以活化化學過程，從而固化樹脂并調(diào)節(jié)折射率。
13.根據(jù)權利要求12所述的制造方法，其中所述多層樹脂浸漬纖維相對于模具的縱向凹部以0度和90度之間的角度定向。
14.根據(jù)權利要求12所述的制造方法，進一步包括如下步驟除去上、下殼體，并使用內(nèi)部骨架支撐結(jié)構(gòu)將上、下殼體彼此固定相連，所述內(nèi)部骨架支撐結(jié)構(gòu)包括翼梁、翼梁蓋梁、葉片末梢和結(jié)合各葉片半部的結(jié)合基部件。
15.根據(jù)權利要求14所述的制造方法，其中所述內(nèi)部骨架支撐結(jié)構(gòu)的部件由透明材料形成，所述透明材料與轉(zhuǎn)子葉片殼體的折射率(RI)及透明度相匹配。
16.根據(jù)權利要求14所述的制造方法，其中所述內(nèi)部骨架支撐結(jié)構(gòu)以例如蜂巢圖案的結(jié)合在一起的層狀幾何圖案進行布置，以使整個結(jié)構(gòu)支撐部件的強度和柔性最大化。
17.根據(jù)權利要求12所述的制造方法，進一步包括至少部分地由纖維加強聚合物 (FRP)或鋼來構(gòu)建塔身段，以在組裝后實現(xiàn)中空的中心部，并且還包括由基于鏡子的漫反射材料來構(gòu)建不透光的蓋部分。
18.根據(jù)權利要求17所述的制造方法，其中所述基于鏡子的漫反射材料通過噴涂而施加。
19.根據(jù)權利要求12所述的制造方法，進一步包括在轉(zhuǎn)子葉片的前、后側(cè)上的若干位置處連接處于攻擊模式的猛禽的黑色剪影貼花，以用于以阻止鳥類接近風塔系統(tǒng)。
20.根據(jù)權利要求12所述的制造方法，進一步包括轂部具有全息激光曲線貼花，所述貼花具有能夠阻止和威懾鳥類接近風塔系統(tǒng)的形狀和外觀。
21.根據(jù)權利要求12所述的制造方法，進一步包括連接由風能驅(qū)動的發(fā)聲裝置，所述由風能驅(qū)動的發(fā)聲裝置能夠發(fā)出一系列頻率在80，000到120，OOOHz范圍的聲音，以干涉蝙蝠的回聲定位能力并使蝙蝠轉(zhuǎn)向遠離風塔系統(tǒng)。
全文摘要
一種風塔系統(tǒng)，包括多個風塔系統(tǒng)轉(zhuǎn)子葉片，所述葉片由基本上完全透明的復合纖維加強聚合物(FRP)、樹脂及硬化劑聚合物形成；至少部分地由復合纖維加強聚合物或鋼質(zhì)材料制成的機艙；把所述多個風塔系統(tǒng)轉(zhuǎn)子葉片連接到所述機艙上的轂部；以及塔身，機艙連接于其上。所述風塔系統(tǒng)轉(zhuǎn)子葉片設計成在風塔系統(tǒng)活動運行期間使風的紊流最小化并因此使聲音最小化，并且所述風塔系統(tǒng)轉(zhuǎn)子葉片自由地透光，以使葉片的光反射及由此的視覺可見度最小化，并且所述機艙和所述塔身被涂覆以減少視覺影響。
文檔編號G02B1/04GK102192080SQ201110137918
公開日2011年9月21日 申請日期2011年3月3日 優(yōu)先權日2010年3月3日
發(fā)明者理查德·凱雷斯 申請人:理查德·凱雷斯